（课标版）高考物理二轮复习 专题六 物理实验 第18讲 实验题对“力学知识”的考查限时练（含解析）-人教版高三全册物理试题

实验题对“力学知识”的考查1．某同学从学校的实验室里借来两个弹簧测力计，在家里做实验验证力的平行四边形定则．按如下步骤进行实验：用完全相同的两个弹簧测力计进行操作，弹簧测力计A挂于固定点C，下端用细线挂一重物G，弹簧测力计B的一端用细线系于O点，手持另一端向左拉至水平，使结点O静止在某位置；分别读出弹簧测力计A和B的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和拉线的方向．(1)弹簧测力计A的指针如图甲所示，由图可知拉力的大小为________N(本实验用的弹簧测力计示数的单位为N)；由实验作出FA和FB的合力F的图示(如图乙所示)，得到的结果符合事实的是________．(填“a”或“b”)(2)本实验采用的科学方法是________(填正确答案标号)．A．理想实验法 B．等效替代法C．控制变量法 D．建立物理模型法(3)某次实验中，该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，下列解决办法可行的是________．A．改变弹簧测力计B拉力的大小B．减小重物M的质量C．将A更换成量程较小的弹簧测力计D．改变弹簧测力计B拉力方向解析：(1)由题图知，弹簧测力计A的最小刻度值为0.2N，读数为5.8N．解答用平行四边形定则求出的合力可以与重力的方向有偏差，但悬挂重物的线应该竖直向下，故结果a符合实验事实．(2)本实验中，需要保证单个拉力的作用效果与两个拉力的作用效果相同，即采用了等效替代法．(3)当弹簧测力计A超出其量程，则说明与弹簧测力计B及重物相连的这两根细线的力的合力已偏大．又由于挂重物的细线力的方向已确定，所以要么减小重物的重量，要么改变测力计B拉细线的方向，要么改变弹簧测力计B拉力的大小，从而使测力计A不超出量程，故A、B、D可行．答案：(1)5.8a(2)B(3)ABD2．(2019·贵州安顺联考)用如图所示的装置，探究物体的加速度与力、质量的关系，图中小车的质量用M表示，钩码的质量用m表示．要顺利完成该实验，在操作中：(1)平衡摩擦力的目的是：______________________________________________；(2)使M远大于m目的是：_____________________________________________；(3)某次打出的某一条纸带，A、B、C、D、E为相邻的5个计数点，如图，相邻计数点间还有四个点未标出，所用交流电频率为50Hz.利用图中给出的数据可求出小车的加速度a＝________m/s2.(结果保留两位有效数字)解析：(1)实验中平衡摩擦力的目的是使小车所受的合外力等于绳的拉力．(2)以钩码作为研究对象有：mg－FT＝ma；以小车作为研究对象有：FT＝Ma；联立以上两式可得：FT＝eq\f(M,M＋m)mg;要绳子的拉力近似等于钩码的总的重力，即：eq\f(M,M＋m)≈1，则有：M≫m；则使M远大于m的目的是：使绳的拉力近似等于钩码的重力．(3)因T＝0.1s，由逐差法Δx＝aT2得：a＝eq\f(Δx,T2)＝eq\f(21.60－8.79－8.79×10－2,4×0.12)m/s2≈1.0m/s2.答案：(1)使小车所受的合外力等于绳的拉力(2)使绳的拉力近似等于钩码的重力(3)1.0m/s23．(2019·山东日照联考)图为测试飞机滑跑阶段动力性能的监控屏幕截图．飞机前端装有d＝6mm的挡光片，跑道上隔一段距离有一个感光装置．图中上方的两个时间表示挡光片经过感光装置的挡光时间，图中秒表表示飞机到达感光装置的时刻．若飞机做匀加速直线运动，请根据图中提供的信息，完成下列问题．(1)飞机的加速度大小a＝________m/s2.(2)最后一个图片是飞机起飞前的瞬间，则飞机起飞的瞬时速度v＝________km/h.解析：(1)飞机经过左边挡光片的速度为v1＝eq\f(6×10－3,1.5×10－4)m/s＝40m/s，飞机经过右边挡光片的速度为v2＝eq\f(6×10－3,1.0×10－4)m/s＝60m/s，飞机经过两挡光片所用时间为10s，由加速度定义式a＝eq\f(Δv,Δt)＝eq\f(60－40,10)m/s2＝2m/s2.(2)飞机起飞的瞬时速度为v2＝eq\f(6×10－3,1.0×10－4)m/s＝60m/s＝216km/h.答案：(1)2(2)2164.(2019·山西吕梁二模)某探究小组设计了“用一把尺子测定动摩擦因数”的实验方案．如图所示，将一个小球和一个滑块用细绳连接，跨在斜面上端．开始时小球和滑块均静止，剪断细绳后，小球自由下落，滑块沿斜面下滑，可先后听到小球落地和滑块撞击挡板的声音．保持小球和滑块释放的位置不变，调整挡板位置，重复以上操作，直到能同时听到小球落地和滑块撞击挡板的声音．用刻度尺测出小球下落的高度H、滑块释放点与挡板处的高度差h及滑块沿斜面运动的位移x.(空气阻力对本实验的影响可以忽略)(1)滑块沿斜面运动的加速度与重力加速度的比值为________．(2)滑块与斜面间的动摩擦因数为________．(3)以下能引起实验误差的是________．a．滑块的质量b．当地重力加速度的大小c．长度测量时的读数误差d．小球落地和滑块撞击挡板不同时解析：(1)由于同时听到小球落地和滑块撞击挡板的声音，说明小球和滑块的运动时间相同，对滑块，位移x＝eq\f(1,2)at2；对小球，位移H＝eq\f(1,2)gt2，解得：eq\f(a,g)＝eq\f(x,H)；(2)设斜面倾角为α，则sinα＝eq\f(h,x)，cosα＝eq\f(\r(x2－h2),x)，对滑块，由牛顿第二定律得：mgsinα－μmgcosα＝ma，加速度a＝eq\f(x,H)g，解得μ＝(h－eq\f(x2,H))eq\f(1,\r(x2－h2))；(3)由μ＝(h－eq\f(x2,H))eq\f(1,\r(x2－h2))可知，能引起实验误差的是长度x、h、H测量时的读数误差，同时要注意小球落地和滑块撞击挡板不同时也会造成误差，故选c、d.答案：(1)eq\f(x,H)(2)(h－eq\f(x2,H))eq\f(1,\r(x2－h2))(3)cd5．(2019·湖南郴州二次质检)如图甲所示是用光电门测定小车瞬时速度的情境，轨道上a、c间距离恰等于小车长度，b是ac的中点，某同学采用不同的挡光片重复做同一实验，并对测量精确度加以比较．(1)如图乙所示，用螺旋测微器测量某挡光片的宽度，读数为________mm.(2)若挡光片安装在小车中点处，光电门安装在c点处，它测量的是小车前端P抵达________(填“a”“b”或“c”)点时小车的瞬时速度．(3)若每次小车从相同位置释放，更换不同宽度的挡光片重复实验，记录三次数据如表所示，那么测得瞬时速度较精确的值为________m/s.次数挡光片宽(m)挡光时间(s)速度(m/s)18.000×10－30.00362.2224.000×10－30.00202.0032.000×10－30.00111.82解析：(1)螺旋测微器固定刻度为1mm，可动刻度读数为20.0×0.01mm＝0.200mm，所以螺旋测微器的读数为(1＋0.200)mm＝1.200mm；(2)挡光片安装在小车中点处，光电门安装在c点，当挡光片到达光电门处时，小球前端P刚好抵达b点，故它测量的是小车前端P抵达b点时的瞬时速度；(3)光电门测速的原理是用挡光片的宽度除以挡光片通过光电门的时间，即挡光片通过光电门的平均速度近似的表示小车运动的瞬时速度，所以挡光片宽度越小，通过光电门的时间越短，平均速度越接近瞬时速度，从数据可知测得瞬时速度较精确的值的是第3次实验，故较为精确的瞬时速度为1.82m/s.答案：(1)1.200(2)b(3)1.826．(2019·福建龙岩联考)某同学利用如图甲所示的实验装置，探究沿水平面运动的小车加速度a与小车所受的水平拉力F的关系．在滑轮上挂上沙桶，使小车在水平面上做匀加速运动，读出弹簧秤的示数F，由打出的纸带算出小车运动的加速度a.保持小车质量M不变，逐渐增大沙和沙桶的总质量m，重复多次上述实验步骤，得到多组F、a值，不计滑轮的摩擦．甲乙(1)实验中打下的一条纸带如图所示，A、B、C、D、E为选取的计数点，打点计时器所用的电源频率为50Hz，则小车的加速度为________m/s2.(计算结果保留两位小数)(2)下表为某同学做本实验所获得的F和a的多组数据．次数物理量1234567F/N0.600.650.700.750.800.850.90a/m·s－20.400.600.801.001.201.401.60①在坐标纸中作出小车的加速度a随拉力F的变化图象；②根据上述小车的加速度a随拉力F的变化图象，写出小车加速度a与拉力F的关系式为a＝________m/s2.解析：(1)由于xAB＝12.0mm，xBC＝(26.4－12.0)mm＝14.4mm，xCD＝(43.2－26.4)mm＝16.8mm，xDE＝(62.4－43.2)mm＝19.2mm，根据匀变速直线运动的推论公式Δx＝aT2可以求出加速度的大小，a＝eq\f(2.4×10－3,0.042)m/s2＝1.50m/s2；(2)①描点作图如图所示．②由图象结合数学知识可知，a＝kF＋b，将a＝0，F＝0.5，a＝1.6，F＝0.9，代入a＝kF＋b,联立解得：a＝4F－2.答案：(1)1.50(2)①图见解析②4F－27．(2019·辽宁五校期末联考)用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系．如图甲所示，先安装好实验装置，在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，记下重锤线所指的位置O.实验步骤如下：步骤1：不放小球2，让小球1从斜槽上A点由静止滚下，并落在地面上；重复多次，用尽可能小的圆，把小球的所有落点圈在里面，其圆心就是小球落点的平均位置；步骤2：把小球2放在斜槽前端边缘位置B，让小球1从A点由静止滚下，使它们碰撞；重复多次，并使用与步骤1同样的方法分别标出碰撞后两小球落点的平均位置；步骤3：用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置M、P、N离O点的距离，即线段OM、OP、ON的长度．(1)上述实验除测量线段OM、OP、ON的长度外，还需要测量的物理量有()A．小球1和小球2的质量m1、m2B．B点离地面的高度h2C．A、B两点间的高度差D．小球1和小球2的半径(2)当所测物理量满足表达式________________(用所测物理量的字母表示)时，即说明两球碰撞遵守动量守恒定律．(3)完成上述实验后，某实验小组对上述装置进行了改造，如图乙所示的圆弧为圆心在斜槽末端的eq\f(1,4)圆周．使小球1仍从斜槽上A点由静止滚下，重复实验步骤1和2的操作，得到两球落在圆弧上的平均落点为M′、P′、N′.测得斜槽末端与M′、P′、N′三点的连线与竖直方向的夹角分别为α1、α2、α3，则验证两球碰撞过程中动量守恒的表达式为________________________(用所测物理量的字母表示)．解析：(1)利用碰撞实验器“验证动量守恒定律”实验是根据平抛运动原理，将速度的测量转化为水平位移的测量，测量出OP、OM、ON外，还需要测量出两个小球的质量，选项A正确．(2)根据动量守恒定律，应该有：m1v0＝m1v1＋m2v2，由于OP＝v0t，OM＝v1t，ON＝v2t，所以当所测物理量满足表达式m1OP＝m1OM＋m2ON，即说明两球碰撞遵守动量守恒定律．(3)测得斜槽末端与M′的连线与竖直方向的夹角为α1，由平抛运动规律，x1＝v1t1，y1＝eq\f(1,2)gteq\o\al(2,1)，设斜槽末端与M′的连线长度为L(即圆弧半径为L)，sinα1＝eq\f(x1,L)，cosα1＝eq\f(y1,L)，联立解得v1＝eq\f(Lsinα1,\r(\f(2Lcosα1,g)))；测得斜槽末端与P′的连线与竖直方向的夹角为α2，由平抛运动规律，x2＝v0t2，y2＝eq\f(1,2)gteq\o\al(2,2)，sinα2＝eq\f(x2,L)，cosα2＝eq\f(y2,L)，联立解得v0＝eq\f(Lsinα2,\r(\f(2Lcosα2,g)))；测得斜槽末端与N′的连线与竖直方向的夹角为α3，由平抛运动规律，x3＝v2t3，y3＝eq\f(1,2)gteq\o\al(2,3)，sinα3＝eq\f(